关于循环不合格的分析 一、正负极活性材料的物化结构性质的影响正负极活性材料的物化结构性质 对锂离子的嵌入和脱嵌有决定性的影响,因而影响电池的循环寿命。正负 极活性材料的结构是主要的影响因素,使用容易脱嵌的活性材料充放电循环 时,活性材料的结构变化较小,而且这种微小变化是可逆的,因而有利于 延长充放电循环寿命。
1'材料在充放电过程中的结构稳定性材料在充放电过程中的结构稳定性有利 于提高其充放循环性能。如尖晶石材料LiXMn2O4,具有优越的循环性能, 其主要原因之一便是在锂离子的嵌入和胶出过程中,单元晶胞膨胀、收缩率 小于1%,即体积变化小;LiXMn2O4 (X大于等 于1)电极在充放过程中容 量损失严重,主要是因为在充放电过程中,其颗粒表面发生Jahn-Teller畸变 效应,单元晶胞膨胀严重,使结构完整性破坏。对材料进行适当的离子掺 杂可有效提高材料的结构稳定性。如对尖晶石结构LiXMn2O4进行适量的钻
(Co)掺杂,因钻使该材料的晶格参数变小,在循规蹈矩环过程中晶体结构 趋于稳定,从而有效改善了其循环稳定性。
2、活性材料的料度分布及大小影响
活性材料的粒度对其循环性能影响很大。研究表明:活性材料的粒度在
一定范围与材料的循环性能正相关;活性材料的粒度分布越宽,其循环性能 就越差,因为当粒度分布较宽时,其孔隙度差,从而影响其对电解液的毛 细管作用而使阻抗表现较大,当充电到极限电位时,大颗粒表面的锂离子 会过度脱嵌而破坏其层状结构,而不利于循环性能。
3、层状结构的取向性及厚度的影响具有高度取向性和高度层状有序结构且层 状结构较厚的材料,因锂离子插入的方向性强,使用其大电流充电放循环 时性能不佳,而对于一些具有无序性层状结构(混层结构)或层结构较薄的 材料,由于其锂离子脱嵌速率快,且锂脱嵌引起的体积变化较小,因而其充 放循环过程中容降率较小,且耐老化。
4、电极材料的表面结构和性质的影响改善电极材料的表面结构和性质可有效
抑制有机溶剂的共插入及其与电解液间的不良反应,
如在石黑表面包覆一层
有机聚合物热解碳,在一些正极活性材料如LiCOO2, LiC0XNi1-XO2等表层
涂覆一层玻璃态复合氧化物如
LiO-AI2O3-SiO2 , Li2O-2B2O3等可显著改善材料的充放电循环性能及电池的安 全性。
二、电极涂层粘结强度的影响
正负极涂层的粘结强度足够高时,可防止充放循环过程中正负极优其是 负极的粉化脱落或涂层因过度膨胀收缩而剥离基片,降低循环容降率;反 之,如果粘结强度达不到要求,则随循环次数的增加,因涂层剥离程度加 重而使电池内阻抗不断增大,循环容量下降加剧。具体说来,包括以下几方 面的因素。
1、胶粘剂的材料选择
目前常用的粘合剂为水溶性有机氟粘合剂(PVDF, PTFE等),其粘结 强度受物理化学性能参数如分子量、 热稳定性、热收缩率、电阻率、熔融及 软化温度以及在溶剂中的溶胀饱合度' 化学稳定性等的影响;此外,正极 和负极所用的粘结剂及溶剂均要非常纯,以免因杂质存在而使电极中的粘结 剂氧化和老化,从而降低电池的循环性能。
2、胶粘剂的配制选用合适的粘合剂与溶剂相互作用后形成胶粘剂,它对涂膜 有较强的附着力,但要注意配制时的温度、各组分间的比例,即配即用,不 宜久放,涂好的极片也不宜
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